探析强夯置换法在地基加固处理中的应用

探析强夯置换法在地基加固处理中的应用

陈欢

北京东方新星石化工程股份有限公司北京100070

摘要：强夯法在世界范围内都是公认的加强地基强度和土体稳定性最好的方法，其基本运用原理就是利用重锤势能和动能在转化过程当中传递的巨大能量来对土体进行直接或间接的处理，最终都是希望得到稳定土体加强土体稳固性的目的。本文主要对强夯法在地基加固中的应用进行了分析探讨。

关键词：强夯法；地基加固；加固机理；施工工艺

1.强夯置换法的概述

强夯置换法作为一种地基加固的方法，它也可以称为动力固结法。强夯置换法的工作原理主要是使用起吊设备，把10-25的重锤提高到10-25米的高度，让它自由下落，凭借产生的夯击能、冲击波，对土层做夯实的处理。它所起到的作用包括以下几个方面：第一，增加地基土的强度；第二，增加密实度；第三，把土的压缩性降低；第四，增加砂土的抗液化条件；第五，把地基的加固深度增加到6-8米；第六，减轻湿陷性。夯击能还可以增加土层的均匀度，防止差异沉降的现象。强夯置换法施工简单、施工速度快、工期短、节约资金等优势，可节约资金20%以上，同时，充分利用该段石方爆破产出的炮渣石，可使置换材料的运距缩短、减少外运弃渣、减少占地，经济和社会效益显著。

2.强夯置换法在地基加固处理

2.1动力密实

建筑工程施工中强夯法的动力密实是指建筑基础土层结构在重锤的强大作用下发生压缩变形从而使得土层结构更加的紧固密实，这样一个动力密实的过程实际上包含三个具体的变化过程：在第一个变化阶段内，重锤下落对基础土层发生作用使得土粒的接触点发生具有恢复性的弹性变形和无恢复性的塑性变形，此时土层有密集的趋势，且土粒之间的基础面积显著增大，并同时进入下一个阶段；在第二个变化阶段内，地基土层结构内的变化受体变为土粒本身，一些片状的土粒在强大的外力作用下发生形体变化或者是位移变化；第三个阶段就是上述两个阶段共同形成的土粒相对运动，从而达到基土密实的目的。

2.2动力固结

事实上，动力固结是强夯法所有机理当中最早被认可和接受的，其运用原理主要基于对地基土层当中细小微粒的处理，因此在应用过程当中也具备其自身的独特作用，到目前为止，已经相当全面和广泛地应用到各个工程实践当中去。其基本程序包含四个具体的步骤：

2.2.1饱和土层发生压缩变化，饱和土层内的细小微粒通常渗透性都比较差，因此利用强夯法对其处理。在重锤瞬时外力作用下，微粒间的孔隙水是不能够得到迅速排除的，但是由于动力固结利用的都是土层中有机物的分解，因此孔隙水的排除实际上是通过土层内有机物分解生成的气泡破裂时形成的土层裂纹来进行，同样能够达到土层密实的目的和效果；

2.2.2则是土层地基内发生局部液化，上一过程进行到一定程度之后，孔隙水压力和覆盖压力之间会达到平衡，此时局部液化开始发生，并随着夯实时间的加长逐渐达到最佳状态，此环节需要注意的就是这样一种变化过程始终只在局部范围内发生；

2.2.3土层内颗粒的渗透性开始发生局部变化，此时地基土层当中的孔隙水基本上已经顺利排除，空隙裂缝也会在孔隙水排除以后自行闭合，从而逐步恢复到最初的状态

2.2.4恢复的过程，地基土层的抗压性和变形模量都在不断增大，新的吸附水层基本上是在此环节内实现固定。

2.3动力置换

动力置换在实际的工程运用过程当中又可以根据其作用部位的不同进行更进一步的划分，包括整式置换和桩式置换两种，下文就这样两种动力置换过程进行简要的说明和分析：所谓整式置换，其实就相当于更换了整个基土层，在具体实施过程当中，则是利用强夯过程的巨大冲击力和能量来将碎石等压入到地基土层当中去，使得碎石这样一些强度更高、稳定性更大的材料来替代原有的淤泥土质，从而实现加固地基和保证稳定性的目的。桩式置换过程当中同样需要将碎石等稳定性更高的材料通过强夯过程压入到土体当中去，但是和整式置换不同的是，桩式置换当中还需要将一些石桩打入到土体当中去，其目的是更进一步的加强土体稳定性，这样就在地基土体当中形成完整的碎石桩和碎石墩。

3.强夯置换法在地基加固处理技术

强夯施工场地要平整并具有一定的强度，能承受夯击机械的荷载，夯击施工前要清除场地内的所有障碍物及地下管线，如果对邻近建筑有影响的要设置隔离防震沟。

3.1对于桩式强夯置换施工中材料选取，应当满足桩体可以通过依靠自身骨料的内摩擦角和桩间土的例限来维持桩身的平衡。因此，所选取的材料首先应当要求具有较高的抗剪性能，适宜选取级配良好的石渣等粗颗粒骨料。同时，为了能有效地确保桩体的整体性、密实性以及透水性，充填材料的最大粒径适宜小于1/5的夯锤底面直径，而且要求材料中的含泥量应当小于10％。

3.2采取桩式强夯置换施工过程中，对于强夯置换深度的大小与强夯置换的夯击能量和夯锤的底面积应当密切相关。工程中，对于单击夯击能量越大，则强夯产生的有效影响加固深度也越深，强夯挤密区域也越大，夯坑深度相应也较深。而且，在一定强夯范围内，通过提高单点夯击能，则能有效地提高置换加固的效果。

从工程试验效果也表明，对于该方法中夯击能越大，置换深度越深；在单击夯击能与置换次数相同的情况下，强夯置换深度与第一次置换夯坑的深度成正比，即要获取较深的置换深度，应加大第一退夯击的总夯击能，以获得较深的夯坑深度。另外，随着强夯置换次数的不断增多，散体材料桩的桩径和置换深度及强夯挤密区都增大，但置换深度和强夯挤密区的增大较桩径的变化更显著。显然通过增加置换次数，同有效地改善软土地基承载性状，同时减小沉降变形。从工程实践经验情况来表明，对于一般工程中可采用3—5遍的置换次数，对于地基承载力要求高，或者置换深度要求较深时，则应当采取较大的置换遏数。

3.3在夯击能量和地质条件一定的情况下，夯坑夯击深度同单位底面积的夯击能量与单位面积锤底静压力密切相关，也即与夯锤底面积有关。夯锤底面积越小，对地基的楔入效果和贵人力就越大，夯击后获得的置换深度就越深。因此，强夯置换与普通强夯相比，宜采用锤底面积较小的夯锤，一胶夯锤底面直径宜控制在2m以内。

3.4桩式强夯置换法可采取三角形或者长方形来布置夯点，对于夯点间距可根据置换土体的性质以及上部结构的形式而再进一步确定。从工程实践效果来看，夯点距离一般取1.5-2.0倍的夯锤底面直径，对于土质较差、要求置换深度较深及承载力要求较深时，则夯点间距适当加密。对于一般堆场，水池、仓库、储罐等地基，夯点间距可适当加大些。为了有效地防止夯击时吸锤现象，强夯时击穿事故、防止夯坑内涌进淤泥或水，强夯置换前宜在软土表明铺设2m以上的碎石垫层，同时也利于强夯机械在软土表上的行走。

4.结语

在进行地基处理时，要根据地基的类型，结合工程场地周围的环境，选择适当的加固方法。强夯法具有加固效果佳、施工简便、施工成本低等优点，所以被广泛用于各种建筑地基处理中，有效的减少了地基的压缩性，提高地基的强度，满足建筑工程地基承载力要求，保证建筑工程建设正常进行。

参考文献：

[1]朱才宝.强夯法加固软土地基的设计与施工工艺初探[J].安全与环境工程，2013（02）：157—158

[2]张菁皓.强夯加固机理及其工程应用分析[J].民营科技，2012（11）：70——71